JP2007185804A - 液体吐出装置及び圧力検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】センサー信号に重畳されるノイズ成分を低減し好ましいセンサー信号を得ることができる液体吐出装置及び圧力検出方法を提供する。
【解決手段】第１の電極及び第２の電極を有し、第１の電極から第１のセンサー信号を出力し、第２の電極から第１のセンサー信号と極性が反転した第２のセンサー信号を出力する静電容量型圧力センサー５９を用いた圧力室の圧力検出において、圧力センサー５９のインピーダンス（静電容量）に基づいて圧力センサー５９から得られた第１のセンサー信号と第２のセンサー信号との間に生じる位相差を補償し、差動増幅処理部２１２で第１のセンサー信号及び第２のセンサー信号に差動増幅処理を施すように構成されるので、第１のセンサー信号及び第２のセンサー信号の同相ノイズが除去される。
【選択図】 図８

Description

本発明は、液体吐出装置及び圧力検出方法に係り、特にノズルから液体を吐出させてメディア上に画像等を形成する液体吐出装置における圧力検出技術に関する。

多数のノズルを有するインクジェットヘッドを備え、このインクジェットヘッドからメディアに向けてインクを吐出することにより、メディア上に画像を記録するインクジェット記録装置が知られている。

インクジェット記録装置では、インク流路内に気泡が発生すると正常な吐出ができなくなり、結果として印画物にスジが入るなどの画像劣化が生じ、高品質で安定した印画物が得られなくなるといった問題が発生する。このようなインク流路内に発生した気泡を印画する前に確認することは非常に難しく、インク吐出が正常であるか否かを判断するために、テストパターンを印画して、該テストパターンに基づいてインク吐出の状態が判断されていた。

特許文献１に記載された発明では、ヘッドの圧電素子の任意の周波数におけるインピーダンスを測定し、インピーダンスの周波数特性を作成し、その周波数特性により圧電素子に気泡が付着しているかを判断するように構成されている。

また、インクが収容される圧力室に圧電素子などの静電容量型の圧力センサーを備え、該圧力センサーから得られるセンサー信号に基づいて圧力室に発生する圧力を検出して吐出異常の有無を判断する方法が提案されている。圧力センサーから得られるセンサー信号は微小信号であり、外来ノイズや配線間に発生するクロストークノイズなどの影響を受けやすく、これらのノイズに本来検出すべきセンサー信号が埋もれてしまうことがある。このような系のＳ／Ｎ特性を改善してセンサー信号に重畳されるノイズ成分を除去する方法が知られている。例えば、静電容量型圧力センサーを用いる場合、該圧力センサーから極性が反転関係にある２種類信号を取得し、差動アンプを用いた増幅回路でこれらの信号を増幅することで、これらの信号に重畳されるノイズの同相成分を除去するとともに当該センサー信号を増幅し、Ｓ／Ｎ特性の向上と実質的な圧力センサーの感度の向上を実現する方法がある。
特開平１１−３３４１０２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、圧電素子のインピーダンスを測定するには、圧電素子から得られる微小電流及び微小電圧を精度よく測定しなければならない。このような微小電流や微小電圧は外来ノイズや配線間に生じるクロストークノイズ、他のセンサー信号のノイズなどのノイズ成分に埋もれてしまい、精度のよい検出を行うことは非常に困難である。

また、圧力センサーから極性が反転関係にある２種類信号を取得し、差動アンプを用いた増幅回路でこれらの信号を増幅する方法では、圧力センサーから得られた２種類の信号には圧力センサーの厚みに起因する位相差が生じてしまい、その結果ノイズの同相成分が完全に除去することができず、かえってＳ／Ｎ特性を悪化させてしまう可能性がある。特に、多数のノズルが高密度に配置されたヘッドでは、多数の圧力センサーが高密度に配置され、センサー信号を伝送する多数の配線もまた高密度に配置され、このような高密度に配置された多数の配線間では、外来ノイズなどのノイズだけでなく他のセンサー信号によるノイズの影響も受けやすくなってしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、センサー信号に重畳されるノイズ成分を低減し好ましいセンサー信号を得ることができる液体吐出装置及び圧力検出方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係る液体吐出装置は、液体を吐出させるノズルと、前記ノズルに対応して設けられた圧力室と、前記圧力室を構成する壁面に設けられ、前記圧力室に圧力を発生させる圧力発生素子と、前記圧力室を構成する壁面に設けられ、前記圧力発生素子によって発生させた圧力室の圧力に応じた第１の検出信号を出力する第１の電極と前記第１の検出信号の極性を反転した第２の検出信号を出力する第２の電極とを具備する静電容量型の検出素子と、を有する液体吐出ヘッドと、前記検出素子のインピーダンスに基づいて、前記検出素子から得られる第１の検出信号或いは第２の検出信号の何れか一方に位相補償処理を施す位相補償処理部と、前記第１の検出信号或いは前記第２の検出信号のうち位相補償処理が施された信号及び前記第１の検出信号或いは前記第２の検出信号のうち位相補償処理が施されていない信号に差動増幅処理を施す差動増幅処理部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、当該検出素子のインピーダンスに基づいて検出素子から得られる第１の検出信号と第２の検出信号との間の位相差を補償したのちに、差動増幅部によって差動増幅処理が施されるので、第１の検出信号及び第２の検出信号に重畳される同相ノイズが除去されるとともに該検出信号が増幅された好ましい検出信号を得ることができる。

検出素子には、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などのフッ化樹脂系圧電素子が好適に用いられる。また、圧力発生素子には、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などのセラミック系圧電素子（圧電アクチュエータ）が好適に用いられる。検出素子及び圧力発生素子として複数の圧電素子を備える態様では、複数の圧力室に対して一体に圧電体を形成して圧力室に対応する部分に駆動信号印加電極を設ける態様を適用してもよいし、各圧力室に対して圧電体を形成して各圧電体に駆動信号印加電極を設ける態様を適用してもよい。

静電容量型の検出素子のインピーダンスには、静電容量（成分）が含まれる。検出素子の静電容量は第１の電極及び第２の電極間の距離に反比例し、この静電容量から第１の電極及び第２の電極間の距離に比例する第１の信号及び第２の信号の位相差を求めることができる。

液体吐出ヘッドには、記録媒体の全幅（記録媒体の画像形成可能幅）に対応した長さの吐出孔列を有するライン型ヘッドや、記録媒体の全幅に満たない長さの吐出孔列を有する短尺ヘッドを記録媒体の幅の方向へ走査させるシリアル型ヘッドがある。

ライン型の液体吐出ヘッドには、記録媒体の全幅に対応する長さに満たない短尺の吐出孔列を有する短尺ヘッドを千鳥状に配列して繋ぎ合わせて、記録媒体の全幅に対応する長さとしてもよい。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の液体吐出装置の一態様に係り、前記差動増幅処理部から得られた信号に基づいて、前記圧力室の圧力異常の有無を判断する圧力異常判断部を備えたことを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。

請求項２に係る発明によれば、位相補償処理及び差動増幅処理が施された好ましい検出信号によって圧力室に発生する圧力波を精度よく検出することができ、圧力室の圧力異常を正確に判断することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の液体吐出装置の一態様に係り、前記検出素子のインピーダンスを検出するインピーダンス検出部を備えたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、装置内において検出素子のインピーダンスを測定（検出）することができるので、検出素子の経時変化や装置内の環境変化による検出素子のインピーダンス変化に対応可能である。

インピーダンス検出部には、検出素子に所定の電圧を印加する電圧供給部と、電圧供給部から所定の電圧が印加された状態で検出素子の第１の電極及び第２の電極間の電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部によって検出された電圧と所定の参照電圧とを比較した比較結果から当該検出素子のインピーダンスに対応する電圧値を求める比較処理部と、を備える態様がある。

請求項４に記載の発明は、請求項１、２又は３記載の液体吐出装置の一態様に係り、前記検出素子のインピーダンスを記憶する記憶部を備えたことを特徴とする。

請求項４に記載したインピーダンス検出部を備える態様では、検出素子のインピーダンスを検出するたびに、記憶部内に格納されている情報を書き換える（更新する）ように構成するとよい。

記憶部に付随して、該記憶部への情報の書き込み及び記憶部からの情報の読み出しを制御する記憶制御部を供える態様が好ましい。

請求項５に記載の発明は、請求項４記載の液体吐出装置の一態様に係り、前記液体吐出ヘッドは、複数の前記ノズル及び複数の前記圧力室を備えるとともに該複数の圧力室のそれぞれに対応する複数の前記検出素子を備え、前記記憶手段には、前記複数の検出素子ごとにインピーダンスが記憶されることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、検出素子ごとのインピーダンスのバラつきに対応することができ、何れの検出素子でも好ましい圧力検出が可能である。また、信号の遅れ時間が改善されるため、複数の検出素子の検出を同時に行うことができ、検出速度の向上（計測時間短縮化）が見込まれる。

また、本発明は上記目的を達成する方法発明を提供する。即ち、請求項６に係る吐出異常検出方法は、液体を吐出させるノズルと、前記ノズルに対応して設けられた圧力室と、前記圧力室を構成する壁面に設けられ、前記圧力室に圧力を発生させる圧力発生素子と、前記圧力室を構成する壁面に設けられ、前記圧力発生素子によって発生させた圧力室の圧力に応じた第１の検出信号を出力する第１の電極と前記第１の検出信号の極性を反転した第２の検出信号を出力する第２の電極とを具備する検出素子と、を有する液体吐出ヘッドの圧力検出方法であって、前記検出素子のインピーダンスに基づいて、前記検出素子から得られる第１の検出信号或いは第２の検出信号の何れか一方に位相補償処理を施す位相補償処理工程と、前記第１の検出信号或いは前記第２の検出信号のうち位相補償処理が施された信号及び前記第１の検出信号或いは前記第２の検出信号のうち位相補償処理が施されていない信号に差動増幅処理を施す差動増幅処理工程と、を含むことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項６記載の圧力検出方法の一態様に係り、オフライン時に前記検出素子のインピーダンスを検出するインピーダンス検出工程を含むことを特徴とする。

オフライン時とは、実画像の記録を実行しない非印字時を示し、電源投入時、イニシャライズ実行時、リセット実行時などが含まれる。

本発明によれば、当該検出素子のインピーダンスに基づいて検出素子から得られる第１の検出信号と第２の検出信号との間の位相差を補償したのちに、差動増幅部によって差動増幅処理が施されるので、同相ノイズが除去されるとともに増幅された好ましい検出信号を得ることができる。

また、位相補償処理及び差動増幅処理が施された好ましい検出信号によって圧力室に発生する圧力波を精度よく検出することができ、圧力室の圧力異常を正確に判断することができる。

〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図１は本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置（液体吐出装置）の全体構成図である。同図に示したように、このインクジェット記録装置１０は、黒（Ｋ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ）の各インクに対応して設けられた複数のインクジェットヘッド（以下、ヘッドという。）１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙを有する印字部１２と、各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録媒体たる記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、記録済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。

インク貯蔵／装填部１４は、各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するインク供給タンクを有し、各タンクは所要の管路を介してヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。

図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。

複数種類の記録紙１６を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコード或いは無線タグなどの情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される記録紙１６の種類（メディア種）を自動的に判別し、メディア種に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。

給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。

ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター（第１のカッター）２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置される。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。

デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラ３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面に対向する部分が水平面（フラット面）をなすように構成されている。

ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引穴（不図示）が形成されている。図１に示したとおり、ローラ３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面に対向する位置には吸着チャンバ３４が設けられており、この吸着チャンバ３４をファン３５で吸引して負圧にすることによって記録紙１６がベルト３３上に吸着保持される。

ベルト３３が巻かれているローラ３１、３２の少なくとも一方にモータ（図７中符号８８）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１上の時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は図１の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、或いはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラ線速度を変えると清掃効果が大きい。

なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラ・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラ・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面をローラが接触するので画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面を接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。

吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

印字部１２の各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙは、当該インクジェット記録装置１０が対象とする記録紙１６の最大紙幅に対応する長さを有し、そのノズル面には最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さ（描画可能範囲の全幅）にわたりインク吐出用のノズルが複数配列されたフルライン型のヘッドとなっている（図２参照）。

ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙは、記録紙１６の送り方向（紙送り方向）に沿って上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の色順に配置され、それぞれのヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙが紙搬送方向と略直交する方向に沿って延在するように固定設置される。

吸着ベルト搬送部２２により記録紙１６を搬送しつつ各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙからそれぞれ異色のインクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。

このように、紙幅の全域をカバーするノズル列を有するフルライン型のヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙを色別に設ける構成によれば、紙送り方向（副走査方向）について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を１回行うだけで（即ち１回の副走査で）、記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、記録ヘッドが紙搬送方向と直交する方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。

本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インク、特別色インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出するインクジェットヘッドを追加する構成も可能である。また、各色ヘッドの配置順序も特に限定はない。

印字部１２の後段には後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。

多孔質のペーパーに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパーの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。

後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

こうして生成されたプリント物は排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成される。

また、図１には示さないが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられる。

〔インクジェットヘッドの構造〕
次に、インクジェットヘッドの構造について説明する。色別の各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号５０によってヘッドを示すものとする。

図３(a) はヘッド５０の構造例を示す平面透視図であり、図３(b) はその一部の拡大図である。また、図３(c) はヘッド５０の他の構造例を示す平面透視図、図４はインク室ユニットの立体的構成を示す断面図（図３(a),(b) 中の４−４線に沿う断面図である。

記録紙１６上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、ヘッド５０におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例のヘッド５０は、図３(a),(b) に示したように、インク滴の吐出孔であるノズル５１と、各ノズル５１に対応する圧力室５２等からなる複数のインク室ユニット５３を千鳥でマトリクス状に（２次元的に）配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向（紙送り方向と直交する主走査方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。

記録紙１６の送り方向と略直交する方向に記録紙１６の全幅に対応する長さにわたり１列以上のノズル列を構成する形態は本例に限定されない。例えば、図３(a) の構成に代えて、図３(c) に示すように、複数のノズル５１が２次元に配列された短尺のヘッドブロック５０’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録紙１６の全幅に対応する長さのノズル列 を有するラインヘッドを構成してもよい。

なお、本例では圧力室５２の平面形状が略正方形である態様を示したが、圧力室５２の平面形状は略正方形に限定されず、略円形状、略だ円形状、略平行四辺形（ひし形）など様々な形状を適用することができる。また、ノズル５１や供給口５４の配置も図３に示す配置に限定されず、圧力室５２の略中央部にノズル５１を配置してもよいし、圧力室５２の側壁側に供給口５４を配置してもよい。

図３(b) に示すように、主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向とに沿って一定の配列パターンで格子状に多数配列させることにより、本例の高密度配置されたノズルを有するヘッドが実現されている。

即ち、主走査方向に対してある角度θの方向に沿ってインク室ユニット５３を一定のピッチｄで複数配列する構造により、主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチＰはｄ× cosθとなり、主走査方向については、各ノズル５１が一定のピッチＰで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、主走査方向に並ぶように投影されるノズル列が１インチ当たり2400個（2400ノズル／インチ）におよぶ高密度のノズル構成を実現することが可能になる。

本発明の実施に際してノズルの配置構造は図示の例に限定されず、副走査方向に１列のノズル列を有する配置構造など、様々なノズル配置構造を適用できる。

図４に示すように、圧力室５２の天面を構成し共通電極と兼用される加圧板５６には個別電極５７を備えた圧電アクチュエータ５８（吐出力発生素子）が接合されており、個別電極５７に駆動電圧（駆動信号）を印加することによって圧電アクチュエータ５８が変形してノズル５１からインクが吐出される。インクが吐出されると、共通流路５５から供給口５４を通って新しいインクが圧力室５２に供給される。

一方、インクの吐出やリフィルなどによって圧力室５２の加圧板５６と対向する面（圧力室５２の底面）に設けられた圧力センサー５９が圧力を受けると、圧力センサー５９にはこの圧力に応じた歪み（応力）が生じ、圧力センサー５９からこの歪みに応じたセンサー信号（検出信号）を得ることができる。

本例の圧力センサー５９には静電容量型の圧力センサーが適用され、圧力室側と圧力室の反対側の面にそれぞれセンサー信号の取出電極である第１の電極１００及び第２の電極１０２が設けられており、第１の電極１００及び第２の電極１０２から圧力センサー５９に与えられた応力に比例した第１のセンサー信号及び第２のセンサー信号を出力するように構成される。

即ち、第１の電極１００から第１のセンサー信号が出力され、第２の電極１０２から第１のセンサー信号を反転した第２のセンサー信号（反転信号）が出力されるフローティング出力型のセンサーが適用される。

なお、第１の電極１００の圧力室５２側及び第２の電極１０２の圧力室５２と反対側の面には絶縁処理が施される。また、圧力センサー５９の変位を妨げないように圧力センサー５９の第２の電極１０２の圧力室５２と反対側には空間部を設ける態様が好ましい。

また、圧電アクチュエータ５８の加圧板５６と反対側には、圧電アクチュエータ５８に与える駆動信号や圧力センサー５９から得られたセンサー信号を伝送する配線パターンが形成されたフレキシブルケーブル（フレキシブル基板）１１０が配設される。フレキシブルケーブル１１０と加圧板５６との間には、圧電アクチュエータ５８とフレキシブルケーブル１１０との間に空間部１１２を形成するとともに、フレキシブルケーブル１１０を図４の下側から支持する支持部材１１４が設けられている。

圧電アクチュエータ５８の上部側（圧電アクチュエータ５８とフレキシブルケーブル１１０との間）に空間部１１２を設けることで、圧電アクチュエータ５８を駆動させる際に圧電アクチュエータ５８の変位を規制することなく、該圧電アクチュエータ５８の発生圧力の損失を抑えることができる。

フレキシブルケーブル１１０は、エポキシやポリイミドなどの樹脂部材から成る支持層（絶縁層）に銅などの導電体層（配線パターン）が形成された構造を有している。本例では、３層以上の導電体層と複数の支持層とを交互に積層した多層構造を有するフレキシブルケーブルが適用される。

圧電アクチュエータ５８の個別電極５７は、加圧板５６の圧電アクチュエータ配設面５６Ａに形成される水平配線（不図示）と導通する。言い換えると、個別電極５７は加圧板５６の圧電アクチュエータ配設面に引き出されて該水平配線と接合される。

この水平配線は、支持部材１１４を貫通するように形成される垂直配線１２０（破線で図示）と導通する。更に、垂直配線１２０はフレキシブルケーブル１１０に形成される配線パターンと導通するように構成される。

即ち、圧電アクチュエータ５８に与えられる駆動信号は、該駆動信号が生成されるブロック（図７に示すプリント制御部８０及びヘッドドライバ８４）からフレキシブルケーブル１１０と、ヘッド５０に形成される垂直配線１２０及び不図示の水平配線と、を介して圧電アクチュエータ５８の個別電極５７へ伝送される。

また、圧力センサー５９の第１の電極１００及び第２の電極１０２から得られるセンサー信号は、それぞれに導通する水平配線１２２，１２４と、圧力室５２や共通流路５５などが形成される流路構造体５０Ａの一部と、加圧板５６及び支持部材１１４を貫通するように形成される垂直配線１２６，１２８と、フレキシブルケーブル１１０と、を介して、該センサー信号の信号処理ブロック（図７に示す信号処理部８５）へ伝送される。

即ち、駆動信号が伝送される駆動信号配線（図８に符号１４６−ｉで図示）は、フレキシブルケーブル１１０の配線パターンと、垂直配線１２０と、不図示の水平配線と、を含んで構成され、センサー信号を伝送するセンサー信号配線（図８に符号１４０−ｉ，１４２−ｉ（但し、ｉ＝１、２、…、Ｎ）で図示）は、フレキシブルケーブル１１０の配線パターンと、垂直配線１２６，１２８と、水平配線１２２，１２４と、を含んで構成される。

図４に示す圧電アクチュエータ５８にはＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ3 、チタン酸ジルコン酸鉛）などのセラミック材料を用いた圧電素子が好適に用いられ、圧力センサー５９には、ＰＶＤＦ（Polyvinylidene fluoride 、ポリフッ化ビニリデン）やＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ（ポリフッ化ビニリデン３フッ化エチレン共重合体）などのフッ化樹脂材料を用いた圧電素子が好適に用いられる。

一般に、吐出力を発生させる圧電アクチュエータ５８には等価圧電定数（ｄ定数、電気機械変換定数、圧電歪定数）の絶対値が大きく駆動特性に優れた圧電素子が好ましく、圧力を検出する圧力センサー５９には圧電出力係数（ｇ定数、機械電気変換定数、圧電応力定数）が大きく検出特性に優れた圧電素子が好ましい。即ち、駆動特性に優れた圧電素子にはＰＺＴなどのセラミック系材料が好適であり、一方、検出特性に優れた圧電素子にはＰＶＤＦやＰＶＤＦ−ＴｒＦＥなどのフッ化樹脂系材料が好適である。セラミック系材料にはチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ3 ）があり、強誘電体のチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3 ）と反強誘電体のジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ3 ）を基本組成とし、この２成分の混合比を変えることによって圧電、誘電、弾性などの諸特性をコントロールできる。

なお、圧力室５２内のインクに吐出力を与える圧電アクチュエータ５８及び圧力室５２の圧力を検出する圧力センサー５９との配置は図４に示す配置に限定されず、それぞれを圧力室５２の同一壁面に備えてもよいし、異なる壁面に備えてもよい。

図５には、ヘッド５０の他の構造例を示す。図５に示す構造例では、各圧力室５２に対応して配設される圧電アクチュエータ５８の個別電極５７から垂直方向に立ち上がるように垂直配線１２０が形成される。

また、センサー信号が伝送される垂直配線１２６，１２８は、圧力センサー５９の第１の電極１００及び第２の電極１０２から立ち上がり、圧力室５２などが形成される流路構造体５０Ａの一部及び加圧板５６を貫通し、更に、垂直配線１２０が立ち並んだ空間を貫通するように（垂直配線１２０が配設される空間に立ち並ぶように）形成される。なお、図５に示す符号１３０，１３２は、圧力センサー５９の第１の電極１００の圧力室側に形成された絶縁層（保護層）及び、第２の電極１０２の圧力室と反対側に形成された絶縁層である。

このように、加圧板５６とフレキシブルケーブル１１０との間に柱状の垂直配線１２０，１２６，１２８が立ち並んだ空間は、該空間から供給側流路５４Ａ及び供給口（供給絞り）５４を介して各圧力室５２にインクを供給するための共通流路（共通液室）５５となっている。

図５には、インク室ユニット５３を１つだけ図示し、共通流路５５及びフレキシブルケーブル１１０の一部を図示したが、本例における共通流路５５は、図３(a)に示すすべての圧力室５２にインクを供給するように、圧力室５２が形成された全領域にわたって形成される１つの大きな空間となっている。なお、共通流路５５の構造はこのように大きな１つの空間として形成されるものに限定されず、いくつかの領域に分かれて複数形成されてもよい。

図５に示す垂直配線１２０、１２６，１２８は、フレキシブルケーブル１１０を下側から支え、共通流路５５となる空間を形成している。この柱のように立ち上がった垂直配線１２０をエレキ柱と呼ぶことがあり、また、垂直配線１２６，１２８はセンサー柱と呼ぶことがある。本例では、垂直配線１２０は各圧電アクチュエータ５８に対して１つずつ形成され、垂直配線１２６，１２８は各圧力センサー５９の第１の電極１００及び第２の電極１０２のそれぞれに対して１つずつ形成される。配線数を削減するために複数の圧電アクチュエータ５８に対応する配線をまとめて１つの垂直配線１２０としてもよいし、複数の圧力センサー５９に対応する配線をまとめて１つの垂直配線１２６，１２８としてもよい。

〔インク供給系の説明〕
図６はインクジェット記録装置１０におけるインク供給系の構成を示した概要図である。

インク供給タンク６０はインクを供給するための基タンクであり、図１で説明したインク貯蔵／装填部１４に設置される。インク供給タンク６０の形態には、インク残量が少なくなった場合に、不図示の補充口からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を変える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じた吐出制御を行うことが好ましい。

図６に示すように、インク供給タンク６０とヘッド５０の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ６２が設けられている。フィルタ・メッシュサイズは、ノズル径と同等若しくはノズル径以下（一般的には、２０μｍ程度）とすることが好ましい。

なお、図６には図示しないが、ヘッド５０の近傍又はヘッド５０と一体にサブタンクを設ける構成も好ましい。サブタンクは、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。

また、インクジェット記録装置１０には、ノズル５１の乾燥防止又はノズル近傍のインク粘度上昇を防止するための手段としてのキャップ６４と、ノズル面の清掃手段としてのクリーニングブレード６６とが設けられている。

これらキャップ６４及びクリーニングブレード６６を含むメンテナンスユニットは、不図示の移動機構によってヘッド５０に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置からヘッド５０下方のメンテナンス位置に移動される。

キャップ６４は、図示せぬ昇降機構によってヘッド５０に対して相対的に昇降変位される。電源ＯＦＦ時や印刷待機時にキャップ６４を所定の上昇位置まで上昇させ、ヘッド５０に密着させることにより、ノズル面をキャップ６４で覆う。

印字中又は待機中において、特定のノズル５１の使用頻度が低くなり、ある時間以上インクが吐出されない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してインク粘度が高くなってしまう。このような状態になると、圧電アクチュエータ５８が動作してもノズル５１からインクを吐出できなくなってしまう。

このような状態になる前に（圧電アクチュエータ５８の動作により吐出が可能な粘度の範囲内で）圧電アクチュエータ５８を動作させ、その劣化インク（粘度が上昇したノズル近傍のインク）を排出すべくキャップ６４（インク受け）に向かって予備吐出（パージ、空吐出、つば吐き、ダミー吐出）が行われる。

また、ヘッド５０内（圧力室５２内）のインクに気泡が混入した場合、圧電アクチュエータ５８が動作してもノズルからインクを吐出させることができなくなる。このような場合にはヘッド５０にキャップ６４を当て、吸引ポンプ６７で圧力室５２内のインク（気泡が混入したインク）を吸引により除去し、吸引除去したインクを回収タンク６８へ送液する。

この吸引動作は、初期のインクのヘッドへの装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも粘度上昇（固化）した劣化インクの吸い出しが行われる。なお、吸引動作は圧力室５２内のインク全体に対して行われるので、インク消費量が大きくなる。したがって、インクの粘度上昇が小さい場合には予備吐出を行う態様が好ましい。

クリーニングブレード６６は、ゴムなどの弾性部材で構成されており、図示せぬブレード移動機構（ワイパー）によりヘッド５０のインク吐出面（ノズル板表面）に摺動可能である。ノズル板にインク液滴又は異物が付着した場合、クリーニングブレード６６をノズル板に摺動させることでノズル板表面を拭き取り、ノズル板表面を清浄する。なお、該ブレード機構によりインク吐出面の汚れを清掃した際に、該ブレードによってノズル５１内に異物が混入することを防止するために予備吐出が行われる。

〔制御系の説明〕
図７はインクジェット記録装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置１０は、通信インターフェース７０、システムコントローラ７２、メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８、プリント制御部８０、画像バッファメモリ８２、ヘッドドライバ８４、信号処理部８５（信号処理手段）等を備えている。

通信インターフェース７０は、ホストコンピュータ８６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース７０にはＵＳＢ（Universal serial bus)、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（不図示）を搭載してもよい。ホストコンピュータ８６から送出された画像データは通信インターフェース７０を介してインクジェット記録装置１０に取り込まれ、一旦メモリ７４に記憶される。

メモリ７４は、通信インターフェース７０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ７２を通じてデータの読み書きが行われる。メモリ７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。

システムコントローラ７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、所定のプログラムに従ってインクジェット記録装置１０の全体を制御する制御装置として機能するとともに、各種演算を行う演算装置として機能する。即ち、システムコントローラ７２は、通信インターフェース７０、メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８等の各部を制御し、ホストコンピュータ８６との間の通信制御、メモリ７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータなどのモータ８８や後乾燥部４２のヒータ等のヒータ８９を制御する制御信号を生成する。

メモリ７４には、システムコントローラ７２のＣＰＵが実行するプログラム及び制御に必要な各種データなどが格納されている。なお、メモリ７４は、書換不能な記憶手段であってもよいし、ＥＥＰＲＯＭのような書換可能な記憶手段であってもよい。メモリ７４は、画像データの一時記憶領域として利用されるとともに、プログラムの展開領域及びＣＰＵの演算作業領域としても利用される。

モータドライバ７６は、システムコントローラ７２からの指示にしたがってモータ８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。また、ヒータドライバ７８は、システムコントローラ７２からの指示にしたがって後乾燥部４２やインクジェット記録装置１０内、ヘッド５０内の温度調整用ヒータなどのヒータ８９を駆動するドライバである。

プリント制御部８０は、システムコントローラ７２の制御に従い、メモリ７４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成された印字データ（ドットデータ）をヘッドドライバ８４に供給する制御部である。プリント制御部８０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ８４を介してヘッド５０のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。

プリント制御部８０には画像バッファメモリ８２が備えられており、プリント制御部８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ８２に一時的に格納される。また、プリント制御部８０とシステムコントローラ７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。

ヘッドドライバ８４はプリント制御部８０から与えられる印字データに基づいて各色のヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙの圧電アクチュエータ５８を駆動する。即ち、ヘッドドライバ８４では、プリント制御部８０から得られたドットデータに基づいて圧電アクチュエータ５８へ供給される駆動信号が生成され、該駆動信号は、所定の回路及び配線等を介して各圧電アクチュエータ５８へ供給される。なお、ヘッドドライバ８４にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。

即ち、印刷すべき画像のデータは、通信インターフェース７０を介して外部から入力され、メモリ７４に蓄えられる。この段階では、ＲＧＢの画像データがメモリ７４に記憶される。メモリ７４に蓄えられた画像データは、システムコントローラ７２を介してプリント制御部８０に送られ、該プリント制御部８０においてインク色ごとのドットデータに変換される。即ち、プリント制御部８０は、入力されたＲＧＢ画像データをＫＣＭＹの４色のドットデータに変換する処理を行う。プリント制御部８０で生成されたドットデータは、画像バッファメモリ８２に蓄えられる。

ヘッドドライバ８４は、画像バッファメモリ８２に記憶されたドットデータに基づき、ヘッド５０の駆動制御信号を生成する。ヘッドドライバ８４で生成された駆動制御信号がヘッド５０に加えられることによって、ヘッド５０からインクが吐出される。記録紙１６の搬送速度に同期してヘッド５０からのインク吐出を制御することにより、記録紙１６上に画像が形成される。

信号処理部８５は、図４に示した圧力室５２の圧力変動に応じて圧力センサー５９から得られるセンサー信号にノイズ除去や増幅などの所定の信号処理を施す信号処理ブロックである。インクジェット記録装置１０では、信号処理部８５によって所定の信号処理を施されたセンサー信号に基づいて圧力室５２の圧力異常の有無が判断される。なお、信号処理部８５の詳細は後述する。

図７のプログラム格納部９０には各種制御プログラムが格納されており、システムコントローラ７２の指令に応じて、制御プログラムが読み出され、実行される。プログラム格納部９０はＲＯＭやＥＥＰＲＯＭなどの半導体メモリを用いてもよいし、磁気ディスクなどを用いてもよい。外部インターフェースを備え、メモリカードやＰＣカードを用いてもよい。もちろん、これらの記憶媒体のうち、複数種類の記憶媒体を備えてもよい。なお、プログラム格納部９０は動作パラメータ等の記憶手段（不図示）と兼用してもよい。

なお、本例では、機能ブロックとしてシステムコントローラ７２やメモリ７４、プリント制御部８０などを個別のブロックとして図示したが、これらを集積化して１つのプロセッサとして構成してもよい。また、システムコントローラ７２の一部の機能と、プリント制御部８０の一部の機能と、を1つのプロセッサとして実現することも可能である。

〔圧力検出の説明〕
次に、圧力室５２の圧力検出について説明する。図８は、図７の信号処理部８５の圧力検出に関する回路ブロックの構成を示すブロック図である。上述したように、インクジェット記録装置１０（ヘッド５０）はＮ個の圧力室５２（ノズル５１）を有し、該圧力室５２のそれぞれに圧力センサー５９−ｉ（ｉ＝１、２、…、Ｎ）を備えている。

この圧力センサー５９−ｉの第１の電極１００には第１のセンサー信号を伝送する配線１４０−ｉ（ｉ＝１、２、…、Ｎ）が接合され、第２の電極１０２には、第２のセンサー信号を伝送する配線１４２−ｉが接合される。なお、図８には、ヘッドドライバ８４から駆動信号配線１４６−ｉを介して送出される駆動信号によって駆動されるＮ個の圧電アクチュエータ５８のうち１つだけを図示し符号５８−ｉ（ｉ＝１、２、…、Ｎ）で表している。

ヘッドドライバ（駆動回路）８４から駆動信号配線１４６−ｉを介して所定の圧電アクチュエータ５８−ｉに駆動信号が印加されると、圧力室５２が変形してノズル５１からインクが吐出される。このとき圧力センサー５９の第１の電極１００及び第２の電極１０２から圧力室５２に発生する圧力に比例した第１のセンサー信号及び第２のセンサー信号が出力される。この第１、第２のセンサー信号は、センサー信号配線１４０−ｉ，１４２−ｉを介して信号処理部８５に送られる。

なお、図８に図示する第１のセンサー信号配線１４０−ｉ及び第２のセンサー信号配線１４２−ｉには、図４の垂直配線１２０やフレキシブルケーブル１１０に形成される配線パターンを含み、各圧力センサー５９−ｉから信号処理部８５までの配線を表している。また、図８に図示する駆動信号配線１４６−ｉには、図４の水平配線１２２，１２４や垂直配線１２６，１２８、フレキシブルケーブル１１０に形成される配線パターンを含み、ヘッドドライバ８４から圧電アクチュエータ５８−ｉまでを表している。

図８に示す信号処理部８５は、Ｎ個の圧力センサー５９−ｉから第１、第２のセンサー信号を取得するセンサーを選択するＮ個のスイッチ素子２００−ｉを有するマルチプレクサ回路（スイッチＩＣ）２０２と、該マルチプレクサ回路２０２を介して取得した第１のセンサー信号及び第２のセンサー信号の送出先を切り替えるスイッチ素子２０４、２０６と、マルチプレクサ回路２０２によって選択された圧力センサー５９−ｉのインピーダンス（静電容量）を検出するインピーダンス検出部２０８と、第２のセンサー信号に位相補償処理（進み位相処理）を施す位相補償処理部２１０と、第１のセンサー信号と位相補償処理が施された第２のセンサー信号の差分を求める差動増幅処理部２１２と、インピーダンス検出部２０８と位相補償処理部２１０との間に設けられたスイッチ素子２１４と、を有して構成される。

なお、図８に示すスイッチＩＣ２０２が有するスイッチ素子２００−ｉは、各圧力センサー５９から得られる第１のセンサー信号及び第２のセンサー信号に対応した２回路を含んで構成されている。

図３に示すように、ヘッド５０が有する圧力室５２は２次元状に高密度に配置されており、各圧力室５２に備えられた圧力センサー５９及び、該圧力センサー５９−ｉから得られる第１のセンサー信号を伝送する第１のセンサー信号配線１４０−ｉ及び第２のセンサー信号を伝送する第２のセンサー信号配線１４２−ｉもまた高密度に配置される。

このような高密度配線では、他の圧力センサー５９−ｉから得られたセンサー信号のノイズ（クロストークノイズ）が重畳されやすくなり、このような第１のセンシング信号及び第２のセンシング信号における同相ノイズは、第１のセンサー信号と第２のセンサー信号との差分を求めることで除去が可能である。また、第１のセンサー信号と第２のセンサー信号との差分を求めることで第１、第２のセンサー信号を２倍に増幅したセンサー信号を得ることができ、実質的な圧力センサー５９−ｉの感度を向上したことになる。

しかしながら、図４、図５に示す静電容量型の圧力センサー５９は、第１のセンサー信号と第２のセンサー信号との間に、その厚みＤ（図９参照）に起因する位相差（図１２(a)のΔｔ）が生じてしまい、第１のセンサー信号と第２のセンサー信号に重畳される同相ノイズの除去が困難になり、Ｓ／Ｎ特性を劣化させてしまう恐れがある。

ここで、図９を用いて圧力センサー５９の厚みＤと第１のセンサー信号及び第２のセンサー信号間に生じる位相差について説明する。

図９は、圧力センサー５９の概略構造を示す斜視図である。図９に示すように、圧力センサー５９は、第１の電極１００側から圧力を受けると第１の電極１００から第１のセンサー信号が出力され、更に、その圧力は樹脂層５９Ａの内部を伝搬して第２の電極１０２側に達し、第２の電極１０２から第２のセンサー信号が出力される。

言い換えると、第１の電極から第１のセンサー信号が出力されてから圧力が樹脂層５９Ａを伝搬する時間だけ遅れて第２の電極１０２から第２のセンサー信号が出力されることになる。例えば、樹脂層５９Ａ内を圧力が音速（水中の場合１５００ｍ／ｓ）で伝搬されるとし、樹脂層５９Ａの厚みＤが４０μｍの場合には、第１のセンサー信号が出力されてから第２のセンサー信号が出力されるまでの時間（位相差）Δｔは、ｔ＝（４０×１０^−６）／１５００≒２７×１０^−９（ｓｅｃ）となる。

図９に示す圧力センサー５９は、２つの対向する電極（第１の電極１００及び第２の電極１０２）間に誘電体（樹脂層５９Ａ）がはさまれた構造を有しており、電気的にはコンデンサと等価である。したがって、樹脂層５９Ａの誘電率をε、第１の電極１００及び第２の電極１０２の面積をＳ、樹脂層５９Ａの厚みをＤとすると、圧力センサー５９−ｉの静電容量Ｃは、Ｃ＝（ε×Ｓ）／Ｄで表すことができる。

即ち、圧力センサー５９の静電容量Ｃを検出（測定）し、その検出結果から圧力センサー５９の厚みＤを求めることができ、位相差Δｔを求めることができる。

本例の圧力検出は、各圧力センサー５９の静電容量Ｃを測定して位相差Δｔを求め、各圧力センサー５９から得られる第２のセンサー信号に所定の位相補償処理を施すように構成される。

図８に示すインピーダンス検出部２０８では、マルチプレクサ回路２０２によって選択された圧力センサー５９−ｉのインピーダンス（静電容量Ｃ）が検出される。インピーダンス検出部２０８によるインピーダンス検出は、該インクジェット記録装置１０の工場出荷時や、メンテナンス時、電源投入時（イニシャライズ実行時、リセット実行時）などのタイミングで行われる。

インピーダンス検出を実行するときには、図８のスイッチ素子２０４、２０６及び２１４をＡ側に設定し（破線で図示）、マルチプレクサ回路２０２によって選択された圧力センサー５９−ｉの第１、第２のセンサー信号をインピーダンス検出部２０８に送出する。また、インピーダンス検出部２０８と位相補償処理部２１０との接続は遮断する。インピーダンス検出はＮ個のすべての圧力センサー５９−ｉについて行われ、所定のメモリ（記憶素子）に記憶される。

インクジェット記録装置１０の稼動時（画像記録時）には、図８のスイッチ素子２０４，２０６及び２１４をＢ側に設定し（実線で図示）、第１のセンサー信号は差動増幅処理部２１２に送出され、第２のセンサー信号は位相補償処理部２１０に送出される。

また、第１及び第２のセンサー信号を取得した圧力センサー５９−ｉのインピーダンス情報がインピーダンス検出部２０８から位相補償処理部２１０に読み出される。なお、図８に示したスイッチ素子２０４、２０６及び２１４には、アナログスイッチなどの電気的スイッチ素子を適用可能である。

図１０には、図８のインピーダンス検出部２０８の構成例を示す。図１０に示すように、インピーダンス検出部２０８は、所定の電圧Ｖｃｃを有する電圧供給源２２０と、その一方の電極が電圧供給源２２０に接続され、他方の電極が圧力センサー５９（静電容量Ｃｘ）の第１の電極１００に接続される既知の静電容量Ｃ１を有するコンデンサ２２２と、所定の参照電圧（Ｖｒｅｆ）を有する参照電圧発生部２２６と、該参照電圧Ｖｒｅｆと電圧供給源２２０の電圧Ｖｃｃをコンデンサ２２２及び圧力センサー５９（Ｃ_ｘ）で分圧した電圧とを比較して、参照電圧Ｖｒｅｆに対する差分を出力する電圧比較部２２８と、電圧比較部２２８から得られたアナログ信号をデジタル信号変換するＡＤコンバータ（ＡＤＣ）２３０と、ＡＤコンバータ２３０でデジタル変換された信号（情報）をメモリ２３２に記憶し、メモリ２３２に記憶された情報を読み出し、図８の位相補償処理部２１０に送出するＣＰＵ（メモリコントローラ）２３４と、を有して構成されている。

コンデンサ２２２の一方の電極２２２Ａは電圧供給源２２０に接続され、他方の電極２２２Ｂは、圧力センサー５９の第１の電極１００に接続される。このコンデンサ２２２の電極２２２Ｂと圧力センサー５９の第１の電極１００は、電圧比較部２２８の入力部２２８Ａに接続される。

電圧比較部２２８は差動アンプを含んで構成され（図１０には差動アンプを表す記号で電圧比較部２２８を図示）、その一方の入力部２２８Ａには、電圧供給源２２０の電圧Ｖｃｃをコンデンサ２２２と圧力センサー５９で分圧した電圧（圧力センサー５９に電荷が充電されて飽和状態になったときの圧力センサー５９の第１の電極１００及び第２の電極１０２間の電圧）が入力され、他方の入力部２２８Ｂには圧力センサー５９の理論上（設計上）の基準静電容量に対応する参照電圧Ｖｒｅｆ（直流電圧）が入力される。

電圧比較部２２８では、参照電圧Ｖｒｅｆと圧力センサー５９の第１及び第２の電極間に発生する電圧が等しい場合には０Ｖを出力し、参照電圧Ｖｒｅｆよりも圧力センサー５９の第１及び第２の電極間に発生する電圧が大きい場合には、参照電圧のＶｒｅｆとの差分電圧に対応する電圧値が出力される。この電圧値が圧力センサー５９の静電容量情報としてメモリ２３２に記憶される。

圧力センサー５９の静電容量Ｃ_ｘが設計値（または規格値）よりも大きい場合には、電圧比較部２２８の入力２２８Ａに入力される電圧が参照電圧Ｖｒｅｆよりも大きくなり、差分電圧に対応する電圧が電圧比較部２２８から出力される。電圧比較部２２８の出力電圧は、圧力センサー５９の静電容量Ｃ_ｘに比例して大きくなる。

電圧比較部２２８の出力信号は、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）２３０によってデジタル変換され、圧力センサー５９ごとの静電容量情報（厚み情報、位相差情報）としてＣＰＵ（メモリコントローラ）２３４を介してメモリ２３２に記憶される。なお、図１０に示す電圧比較部２２８の出力を該差分電圧に対応するデジタルパルスとすることで、図１０のＡ／Ｄコンバータ２３０を省略する態様も可能である。また、図１０に示すメモリ２３２は、図７に示す他のメモリや、制御系に用いられるプロセッサ類に内蔵されるメモリなどと兼用可能である。

画像記録時には、インク吐出が行われたノズル５１に対応する圧力室５２の圧力検出が逐次実行される。図８に示すスイッチ素子２０４、２０６及び２１４をＢ側（実線で図示）に設定し、マルチプレクサ回路２０２を逐次切り替えてインク吐出が行われたノズル５１に対応する圧力室５２の圧力センサー５９−ｉから第１及び第２のセンサー信号を取得する。

第１のセンサー信号は差動増幅処理部２１２の一方の入力に送られ、第２のセンサー信号は位相補償処理部２１０で位相補償処理が施された後に、差動増幅処理部２１２の他方の入力に送られる。

図１１には、図８に示す位相補償処理部２１０の構成例を示す。図１１に示すように、位相補償処理部２１０は、第１のアンプ２４２（ＡＭＰ１）及びその周辺回路を構成する抵抗器２４４（Ｒ_１）、２４６（Ｒ_２）、２４８（Ｒ_３）、コンデンサ２５０（Ｃ_２）、２５２（Ｃ_ｖｅｒ）を含む前段回路と、第２のアンプ２６０（ＡＭＰ_２）を含む後段回路と、から構成される。

図１１に示す前段回路では、コンデンサ２５２はその静電容量を可変可能な可変容量コンデンサ（バリアブルコンデンサ）が用いられ、コンデンサ２５２の静電容量を可変させて、入力部Ｖｉｎに入力される信号（本例では、第２のセンサー信号）に対して所定の時間だけ位相を進める進み位相処理（移相処理）が施される。

即ち、入力部Ｖｉｎに入力される第２のセンサー信号に対応する圧力センサー５９の静電容量の情報が図８に示すメモリ２３４から読み出され、この静電容量の情報に基づいてコンデンサ２５２の静電容量が決められる。

後段回路では、ユニティゲイン（ゲイン１）の反転増幅回路を含み、前段回路で極性が反転した第２のセンサー信号を反転し、入力部Ｖｉｎに入力された第２のセンサー信号と極性を合わせる信号処理が施される。なお、後段回路による時間遅れは、前段回路を構成するコンデンサ２５０によって前段回路で補償される（後段回路の時間遅れを見越して前段回路で予め位相を進めておく）。このようにして、出力部Ｖｏｕｔから位相補償処理が施された第２のセンサー信号が出力される。

図１１に示す位相補償処理部２１０では、アンプ２４２を含む反転増幅回路をベースに、抵抗２４８（Ｒ_３）及びコンデンサ２５０（Ｃ_２）、可変容量コンデンサ２５２（Ｃ_ｖｅｒ）によって決められる＋入力の時定数に対応する周波数近傍での入出力関係の位相のみが大きく変化する。この位相補償処理部２１０における入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係はＲ_１＝Ｒ_２の場合、次式〔数１〕で表される。

〔数１〕
Ａ＝Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ
＝｛１−ｊ×ω×Ｃ_ｖｅｒ×Ｒ_３｝／｛１＋ｊ×ω×Ｃ_ｖｅｒ×Ｒ_３｝
但し、Ａはアンプ２４２の電圧利得、ωは上述した＋入力の時定数で決まる周波数である。上記〔数１〕では、電圧利得Ａの絶対値はωに依存せず１となるが、ω＝Ｃ_ｖｅｒ×Ｒ_３の近傍で位相が１（０°）から−１（１８０°）へ変化する。なお、図１１の前段回路のコンデンサＣ_２は、後段回路の位相遅れを補償するために設けられており、第２のセンサー信号の位相補償処理には直接的に関与しないので、上記〔数１〕ではＣ_２を省略した。なお、図１１に示す位相補償処理部２１０において、可変容量コンデンサ２５２に代わり電圧可変容量ダイオードを適用してもよい。

即ち、圧力センサー５９の静電容量が大きい場合には検出信号間の進み位相差が大きくなるので、この進み位相差をキャンセルするように可変容量コンデンサ（電圧可変容量ダイオード）の値が決められる。

本例では、遅れ位相となっている第２のセンサー信号に進み位相を発生させる態様を示したが、進み位相となっている第１のセンサー信号に遅延（ディレィ）回路などの回路ブロックを付加して遅れ位相を発生させる態様も可能である。

図１２(a)には、図１１に示す入力部Ｖｉｎに入力される第２のセンサー信号３００の一例を示し、図１２(b)には、図１１に示す出力部Ｖｏｕｔから得られる位相補償された第２のセンサー信号３０２を示す。

図１２(a),(b)に示すように、位相補償処理部２１０によって移相遅れΔｔが補償された第２のセンサー信号３０２を得ることができる。

このようにして得られた位相補償処理が施された第２のセンサー信号（図１２(b)の符号３０２）及び第１のセンサー信号は、図８の差動増幅処理部２１２に送られる。差動アンプ及びその周辺回路を含む差動増幅処理部２１２では、第１のセンサー信号及び第２のセンサー信号の同相ノイズが除去されるとともに、その振幅が２倍に増幅されたセンサー信号が得られる。

このようにして得られたセンサー信号は図７のプリント制御部８０に送出され、該センサー信号（圧力室５２の圧力情報）に基づいて圧力室５２の圧力異常の有無（言い換えると、当該圧力室５２と連通するノズル５１の吐出異常の有無）が判断される。

ここで、圧力検出結果に基づく吐出異常判断の一例を説明する。圧力室５２の圧力異常の原因には、圧力室５２内における気泡発生（気泡混入）や、ノズル５１内及び圧力室５２内のインクの物性変化（増粘）などが考えられる。このような原因によって圧力室５２に圧力異常が発生すると、圧力室５２に発生する圧力波のピーク値や周波数が変化するので、図８の信号処理部８５から得られたセンサー信号（検出信号）に基づいて該圧力波のピーク値や周波数を求め、圧力室５２の圧力異常を判断することができる。

上記の如く構成されたインクジェット記録装置１０は、圧力センサー５９の厚みに起因する第１のセンサー信号と第２のセンサー信号との位相差を補償するように構成されるので、第１のセンサー信号と第２のセンサー信号との信号時間遅れが改善され、同相分ノイズが差動アンプを用いた差動増幅処理によって除去可能になるとともに、センサー信号が増幅されＳ／Ｎ特性の向上に寄与する。

また、第１のセンサー信号と第２のセンサー信号との位相差を解消することで、複数の圧力センサー５９の略同時検出が可能になり、計測時間の短縮化が見込まれる。また、圧力センサー５９の製造上の厚みバラつきによる検出精度の低下を抑制することが可能になる。

上記実施形態では、記録紙１６の全幅に対応する長さのノズル列を有するページワイドのフルライン型ヘッドを用いたインクジェット記録装置を説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、短尺の記録ヘッドを往復移動させながら画像記録を行うシャトルヘッドを用いるインクジェット記録装置についても本発明を適用可能である。

上記実施形態ではヘッド５０に備えられるノズル５１からインクを吐出させて、記録紙１６上に画像を形成するインクジェット記録装置１０を示したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、レジストなどインク以外の液体で画像（立体形状）を形成する画像形成装置や、ノズル（吐出孔）から薬液、水などを吐出されるディスペンサ等の液体吐出装置などにも広く適用可能である。

本発明に係るインクジェット記録装置の全体構成図 図１に示したインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図 ヘッドの構造例を示す平面透視図 ヘッドの立体構造を示す断面図 図４に示すヘッドの他の態様を示す断面図 図１に示すインクジェット記録装置のインク供給系の概略構成を示すブロック図 図１に示したインクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図 図７に示す信号処理部の構成例を示すブロック図 図４に示すセンサーの構造例を示す斜視図 図８に示すインピーダンス検出部の構造例を示すブロック図 図８に示す位相補償処理部の構成を示すブロック図 位相補償処理による第２のセンサー信号の変化を説明する図

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、５０…ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５８…圧電アクチュエータ、５９…圧力センサー、８０…プリント制御部、８５…信号処理部、１００…第１の電極、１０２…第２の電極、１４０，１４２…検出信号配線、２０８…インピーダンス検出部、２１０…位相補償処理部、２１２…差動増幅処理部、２３２…メモリ、２４２…アンプ、２５２…可変容量コンデンサ

Claims (7)

1. 液体を吐出させるノズルと、
   前記ノズルに対応して設けられた圧力室と、
   前記圧力室を構成する壁面に設けられ、前記圧力室に圧力を発生させる圧力発生素子と、
   前記圧力室を構成する壁面に設けられ、前記圧力発生素子によって発生させた圧力室の圧力に応じた第１の検出信号を出力する第１の電極と前記第１の検出信号の極性を反転した第２の検出信号を出力する第２の電極とを具備する静電容量型の検出素子と、
   を有する液体吐出ヘッドと、
   前記検出素子のインピーダンスに基づいて、前記検出素子から得られる第１の検出信号或いは第２の検出信号の何れか一方に位相補償処理を施す位相補償処理部と、
   前記第１の検出信号或いは前記第２の検出信号のうち位相補償処理が施された信号及び前記第１の検出信号或いは前記第２の検出信号のうち位相補償処理が施されていない信号に差動増幅処理を施す差動増幅処理部と、
   を備えたことを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記差動増幅処理部から得られた信号に基づいて、前記圧力室の圧力異常の有無を判断する圧力異常判断部を備えたことを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
3. 前記検出素子のインピーダンスを検出するインピーダンス検出部を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の液体吐出装置。
4. 前記検出素子のインピーダンスを記憶する記憶手段を備えたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の液体吐出装置。
5. 前記液体吐出ヘッドは、複数の前記ノズル及び複数の前記圧力室を備えるとともに該複数の圧力室のそれぞれに対応する複数の前記検出素子を備え、
   前記記憶手段には、前記複数の検出素子ごとにインピーダンスが記憶されることを特徴とする請求項４記載の液体吐出装置。
6. 液体を吐出させるノズルと、前記ノズルに対応して設けられた圧力室と、前記圧力室を構成する壁面に設けられ、前記圧力室に圧力を発生させる圧力発生素子と、前記圧力室を構成する壁面に設けられ、前記圧力発生素子によって発生させた圧力室の圧力に応じた第１の検出信号を出力する第１の電極と前記第１の検出信号の極性を反転した第２の検出信号を出力する第２の電極とを具備する検出素子と、を有する液体吐出ヘッドの圧力検出方法であって、
   前記検出素子のインピーダンスに基づいて、前記検出素子から得られる第１の検出信号或いは第２の検出信号の何れか一方に位相補償処理を施す位相補償処理工程と、
   前記第１の検出信号或いは前記第２の検出信号のうち位相補償処理が施された信号及び前記第１の検出信号或いは前記第２の検出信号のうち位相補償処理が施されていない信号に差動増幅処理を施す差動増幅処理工程と、
   を含むことを特徴とする圧力検出方法。
7. オフライン時に前記検出素子のインピーダンスを検出するインピーダンス検出工程を含むことを特徴とする請求項６記載の圧力検出方法。
   

Images